蓝色的海洋被誉为“地球之心”，海洋是地球最宝贵的资源，如果没有海洋，地球将成为荒芜的星球。然而自 20世纪 50年代以来，随着各国社会生产力和科学技术的迅猛发展，海洋受到了来自各方面不同程度的污染和破坏，日益严重的污染给人类的生存和发展带来了极为不利的后果。近期发生的墨西哥湾泄油事件更是很有可能成为美国历史上最严重的海洋污染事件之一，其所造成的生态损伤和经济损失不可估量，再一次敲醒了人类对海洋污染的警钟！
§§§第一节被污染的地球之心
近年来，人们普遍关注的全球变化是指人类社会本身及其赖以生存和发展的地球环境正在发生的一系列变化，主要包括全球人口增长、土地利用和覆盖的变化、大气成分变化、全球气候变化、生源物质生物地球化学循环的变化和生物多样性丧失等方面，这些变化既相互独立，又相互影响。其中，全球气候变化是指全球范围内气候平均状态的统计学意义上的显著改变或者持续较长一段时间的气候变动。在地球演化的历史长河中，地球经历了“冰期 -间冰期”的大尺度气候变动，气温在一定的范围内呈现不规则的自然波动。近 100多年来，尽管全球平均气温也经历了“冷 -暖 -冷 -暖”两次波动，但总体表现为上升趋势。据联合国政府间气候变化专门委员会 2007年报告，在过去 100年间地球表面温度已经上升了（0.74±0.18）℃，未来 100年内全球气温估计还将上升 1.4～5.8℃，总体特征表现为全球气候变暖。尤其是进入 20世纪 80年代后，全球气温明显上升，据世界气象组织 2008年的报道，1998～ 2007年是有记载以来最暖和的 10年。全球气候变暖加速的趋势是很明显的。 多数科学家认为，导致全球气候变暖的主要原因是人类在近 100以来大量使用矿物燃料，进行大规模农业和畜牧业生产，以及焚烧垃圾处理等向大气中排放温室气体，排放出大量的二氧化碳等多种温室气体，主要有二氧化碳、氧化亚氮和甲烷。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波段红外辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致了全球气候的变暖。研究表明，1000年来大气中上述三种主要温室气体的浓度升高情况，可以看出 19世纪以来工业化快速发展的 100多年间是温室气体浓度快速飙升的时期。人为释放的二氧化碳是导致气温升高的主要原因，目前，大气中二氧化碳浓度已达到 0.387‰，是 65万年以来的最高值，过去 10年中大气二氧化碳浓度以每年 0.0018‰的速度增长。大气中的氧化亚氮和甲烷浓度目前也已达到很高的水平。虽然后两种温室气体与二氧化碳相比在大气中浓度低很多，但它们的单位重量温室效应能力是二氧化碳的 298倍和 20倍。
另外，人类过量砍伐森林、破坏植被、改变土地利用方式和污染环境等都会加剧全球气候变暖的进程。还有，气候和其他人为因子（尤其是对生物资源的过度利用）的协同作用，将可能加重由气候引起的种种变化。由此可见，过去几百年来，人类活动已经成为气候系统的一个附加而重要的成分。
全球气候变暖已给人类及其赖以生存的生态环境带来了灾难性的后果，如极端天气、冰川消融、永久冻土层融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生态系统改变、旱涝灾害增加、致命热浪等。
海洋和大气是一个系统的两个方面，不断进行热量和气体的交换，气候系统在一系列的时间尺度范围内自然变动，如季节循环、年际格局、十年际变动（如北大西洋和太平洋十年际波动）和千年尺度的变化（如冰期间冰期转换）都属于自然变动。自然的变化反映在物种的进化适应和大尺度的生物地理学格局上。人类活动引起的全球气候快速变暖趋势也将导致海洋生态系统发生一系列物理和化学的连锁反应，使人们对气候变动的规律更加难以琢磨。
过去 100年来，大气和表层水温升高了 0.4～ 0.8℃，海水受热膨胀和融冰导致海平面上升。由于大陆上空比海洋上空的变暖趋势更强，沿着大洋边沿的气压梯度和风场将会被加强，导致东边界流区的上升流增强，增加了海洋表层营养盐的可获得性（如加利福尼亚沿岸）。但是，表层海水升温也会使温跃层被加强，阻止了营养盐被上升流带到表层。大气环流的改变还会引起风暴频率的改变，如已经观测到沿岸冬季风暴增多。大气环流变化也会改变降水格局，导致沿海盐度、浊度和陆源营养盐、污染物流入的变化。气候变化还会引发大尺度海洋环流的改变，如加利福尼亚海流的平流减弱和北大西洋环流系统的改变。另外，全球气候变暖会使类似厄尔尼诺的现象发生得更加频繁。
由于海洋生物地化循环对温室气体增加的反馈十分复杂，涉及云层、紫外辐射、浮游生物生产力和海洋微藻释放二甲基硫等过程和机制，目前还很难准确预测未来的温度和二氧化碳浓度的实际变化及其对海洋环境的确切影响，但可以肯定的是，全球气候变化还会带来其他更加复杂的环境变化。
在海洋中，相对不受直接污染的情况下所测定的某一历史时期、某特定环境下元素或化合物的含量称为海洋污染背景值。海区不同历史时期内的背景值是有差异的，因此也有学者将背景值定义为被研究海区的“最低纪录值”。在背景值的测定中，需要在远离污染源的地方采集样品，分析污染物的含量，在此基础上，运用数理统计等方法检验分析结果，然后取分析结果的平均值（应给出不确定值）作为该区域的环境背景值。
海洋污染物背景值的测定和研究，是海洋环境科学的一项基础性工作，可为环境质量的评价和预测、污染物质在环境中的迁移转化规律和海洋环境标准的制定等提供科学依据。各污染物在不同地貌单元海区的背景值有显著的差异，造成这种差异的原因主要是由于物质来源、元素或化合物理化性质、输入途径等诸多因素综合作用的结果。
在海洋环境中污染物通过物理、化学或生物过程而产生空间位置的移动，或由一种地球化学相（如海水、沉积物、大气、生物体）向另一种地球化学相转移的过程称为污染物的迁移，污染物由一种存在形态向另一种存在形态转变则称为污染物的转化。迁移与转化是两个不同的概念，但迁移过程往往同时伴随发生形态转变。
污染物在海洋环境中的迁移转化过程主要包括以下三种：第一，物理过程。污染物被河流、大气输送入海，在海气界面间的蒸发、沉降；入海后在海水中的扩散和河流搬运；以及颗粒态污染物在海洋水体中的重力沉降等，都属于物理迁移过程。第二，化学过程。由于环境因素的变化，污染物与环境中的其他物质产生化学作用，如氧化、还原、水解、络合、分解等，使污染物在单一介质中迁移或由一相转入另一相，都属于化学迁移过程。第三，生物过程。污染物经海洋生物的吸收、代谢、排泄和尸体的分解，碎屑沉降作用以及生物在运动过程中对污染物的搬运，使污染物在水体和生物体之间迁移，或由一个海区或水层转到另一个海区或水层，以及在海洋食物链中的传递，都属于生物转运过程。
污染物的迁移转化既有有利影响，也有不利影响，即有时有利于污染物毒性降低或消除，有时反而使污染物毒性增加，或使其污染影响范围和程度扩大，尤其是通过食物链的富集作用，使得某些污染物能够最终富集于人体，对人体健康产生不利影响。而某些污染物的迁移转化甚至能够引起区域性乃至全球性的环境问题，如全球温室效应和酸雨问题。
持久性有机污染物是指具有高毒性、进入环境后难以降解、可生物积累、能通过空气、水和迁徙物种进行长距离越境迁移并沉积、到达远离排放地点的地区，随后在那里的陆地生态系统和水域生态系统中积累起来，对当地环境和生物体造成严重负面影响的天然或人工合成的有机物。
与常规污染物不同，持久性有机污染物在自然环境中滞留时间较长，很难降解，毒性极强，能导致全球性的传播。这类污染物通过直接或间接的途径进入人体，会导致生殖系统、呼吸系统、神经系统等人体器官中毒、癌变或畸形，最后造成死亡。
2001年 5月，在瑞典首都斯德哥尔摩签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（简称《斯德哥尔摩公约》）。该公约确定在全世界范围内禁用或严格限用 12种对人类、生物及自然环境危害最大的持久性有机污染物，分别是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、滴滴涕、七氯、氯丹、灭蚁灵、毒杀芬、六氯化苯、二英、呋喃以及多氯联苯。
根据现有的调查，持久性有机污染物已经把人类最大的环境——海洋深深地污染了，使得海水在一定程度上变成了“毒水”。2000年 3月，美国海洋联盟的科学家乘坐“奥德赛”号从美国加利福尼亚州的圣迭戈市出发，开始对全球海洋食物网的污染状况进行调查研究，船上的 12名成员对散布于全球各海域以鱼和巨型乌贼为食的抹香鲸进行了研究，结果表明，这些大型海洋哺乳动物的肌肉纤维内积累了大量的有机污染物。
海水污染指示生物，是指在一定的海水水质条件下生存，能对海水水体中污染物产生各种定性、定量反应而被用来监测和评价水体污染状况的水生生物。浮游植物、浮游动物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等均可作为海水污染的指示生物。各种不同类群的指示生物在自然水域的自净过程中起着非常重要的作用。
不同污染程度的水体中有着不同的污水生物群。有些敏感种类的水生生物只适于在清洁水中生活；而有些耐污类水生物则可以在污水中生存，对污染物及不良环境有着较强的忍受力和抵抗力。水生生物的存亡标志着海水水质的变化程度，因此除了化学方法外，还可以利用水生物作为海水污染的指示生物，也就是可以借助于海水水体中出现的水生生物的种类和数量来评价海水污染的状况。许多水生生物对海水中有毒污染物很敏感，也可以通过水生生物毒性实验来判断水质污染程度。此外，除了利用指示生物对海水水体污染程度做出综合判断外，还可以利用某些生物的行为变化和生理指标等对海水污染进行定性分析，如牡蛎肉体颜色的改变可以反映海水中铜离子的污染。
生长在船底和其他海洋设施表面上的动物、植物和微生物，称为海洋附着生物或海洋污损生物。这类生物一般是有害的，且附着在人工设施的表面上，不同于海洋岩礁上的固着生物以及养殖的贝、藻类和钻孔生物。海洋污损生物已发现有 4000～ 5000种，在我国沿岸已经记录有 650种左右，分别隶属于海洋菌类、藻类以及海洋动物中的水螅、外肛动物、尤介虫、双壳类、藤壶和海鞘等类群。污损生物群落的成员通常都要经历由少到多、个体由小到大的发展过程。浸在海水中无毒物体的表面，一般经过1～ 2小时就会有细菌和硅藻附着。它们分泌黏液，连同原生动物、小型线虫、轮虫、海藻孢子及其他有机碎屑等，形成一层微生物黏膜，然后开始肉眼可见的大型生物附着。经过发展和演化，在 1～ 2年以后，群落达到相对稳定的阶段。
海洋污损生物严重危害海洋设施，增加船舰航行的阻力。缩小海水冷却管道和热交换器的冷凝管管径。加速海上结构的腐蚀。使海中的仪表和机械失灵。增加海中建筑物桩、柱的截面积，加大波浪和海流的冲击力。吸收声能，使声学仪器减效或失效等。因此，在船舶和海洋结构物表面采用防附着涂料，管道采用紫铜等方法防和生长的同时也加重了海洋污染，而止海洋生物污损。但是，防附着涂料更安全有效的防治海洋污损生物的方中的毒性物质抑制了污损生物的附着法还有待进一步研究。
海洋热污染是水温异常升高的一种污染现象。水温随季节、天气和气温而变化。当水温超过 33～ 35℃时，大多数水生物不能生存。水体急剧升温，常是热污染引起的。水体热污染主要来自工业冷却水。首先是动力工业 ；其次是冶金、化工、造纸、纺织和机械制造等工业，将热水排入水体，使水温上升，水质恶化。据美国统计，动力工业冷却水排放量占全国工业冷却水总排放量的80％以上。一个装机 100万千瓦的火电厂，冷却水排放量 30～50立方米/秒，装机相同的核电站，排水量较火电厂约增加 50％。年产 30万吨的合成氨厂，每小时约排出 2.2万立方米的冷却水。
水体增温显著地改变了水生物的习性、活动规律和代谢强度，从而影响到水生物的分布和生长繁殖。增温幅度过大和升温过快，都对水生物有致命的危险。